數智化驅動的管理科學與工程實驗教學轉型探索

李 揚， 孟慶春， 蓋建華

（山東大學 a.管理學院；b.管理學科國家級實驗教學示范中心（山東大學），濟南 250100）

0 引 言

數智化轉型的浪潮席卷全球，人工智能、物聯網、大數據等數字技術與各行各業深度融合，逐漸從輔助提升效率的工具演變為創新發展的核心驅動力。近年來，我國持續加強人工智能與實體經濟的深度融合，數字化、智能化推廣應用成效顯著、供給能力不斷提升、支撐體系逐步完善。盡管發展迅速，我國仍然處于數智化轉型的早期，仍存在供需動態適配性不高、應用廣度與深度亟待提升、專業人才緊缺等問題。數智轉型涉及全生產要素，需要搭建全面的數智人才體系，除了人工智能、軟件工程、信息與計算科學、電氣工程與自動化等專門人才，還需要既懂技術又通管理的復合型人才。管理科學與工程作為一門橫跨自然科學、工程科學和社會科學的交叉學科，在實驗教學中圍繞大數據、人工智能的科技革命和產業變革，運用系統思維、數據科學、智能技術等引領實驗教學活動及指導實驗教學行為，實現學生綜合實踐能力的數字化升級、智能化躍升，為數智化變革提供堅實的人才支持與智力支撐，成為不可抗拒的時代潮流［1］。

1 實驗教學面臨的新形勢和新要求

1.1 管理科學與工程實驗教學面臨的新形勢

（1）科技革命和產業變革塑造了新時代。以智能化為核心的人類第四次工業革命，呈現出指數級而非線性的發展速度，物理、數字、生物世界不斷跨界融合，新經濟業態、新生活方式、新運營模式持續涌現，改變著人類生活中的各個領域［2］。作為新工業革命的突破點，數字經濟以數字化知識和信息為關鍵生產要素，以數字技術為核心驅動力量，以現代信息網絡為重要載體，通過數字技術和實體經濟的深度融合，不斷提高傳統產業的數字化、智能化水平，形成一種新型經濟社會形態［3］。

（2）就業市場轉型提出了新要求。在產業政策的支持下，數字技術在諸多領域和場景的應用逐漸深化，行業市場對數智化人才的需求逐步釋放。通過收集分析近年來百度、阿里巴巴、騰訊、華為等公司面向管理科學與工程、信息管理與信息系統、工程管理、供應鏈管理等專業發布的招聘信息，可以發現具備數智化特征的管理科學與工程人才在就業市場中更具有核心競爭力。具體而言，就業市場青睞的數智化管理科學與工程人才要具備扎實的數理統計知識、經營管理知識和財務知識，熟悉自然語言處理、機器學習、運籌優化等相關算法，熟練運用R 或Python 編程語言，熟悉Oracle、SQL Server、MySQL 等數據庫以及Hadoop、Spark等大數據相關技術。通過對以上知識和工具的積淀與內化，撬動思維和能力的提升，形成良好的系統性思維、嚴謹的數據思維和出眾的商業思維，外顯為優秀的業務抽象和信息建模能力、數據分析和處理能力、商業分析能力。

（3）教育數字化轉型成了新趨勢。黨的二十大報告提出要“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國”；2022 年全國教育工作會議明確提出要“實施教育數字化戰略行動”；2023 年高教司工作要點提出“深入實施數字化戰略行動，塑造高等教育改革發展新優勢”。教育數字化戰略行動是教育部的工作重點，也是當前教育改革與實踐中的熱點，還是未來教育創新變革的發展趨勢［4］。當前教育數字化的重點任務是創新教育場景，開發數字資源，提升教師數字素養，提升國家數字教育平臺能級［5］，通過徹底和全面的數字化轉型，形成數據驅動、人技結合、跨界開放的教育生態，構建更加敏捷、適切、公平、可持續的高等教育體系，為學習者提供全面和豐富的學習體驗［6］。

1.2 數智化對學生實踐能力提出的新要求

（1）復雜系統思維。現代社會管理問題構成要素眾多、關聯結構復雜、與環境作用緊密，需要運用多學科、多領域的知識才能夠解決［7］。由此催生出了管理學的一個新領域——復雜系統管理。該領域融合復雜系統與管理科學，構建復雜系統思維與范式，致力于解決重大現實復雜問題［8］。要引導學生樹立管理的整體觀、組織觀、動態觀，培養學生基于系統工程原理和科學方法，運用跨領域、多學科的科學理論和經驗知識、定性和定量知識、理性和感性知識，對復雜系統管理活動進行組成要素選擇、關聯與結構設計、總體功能分析、活動與環境及其他系統之間的協調，從整體考慮的角度出發得到問題解決方案的能力［9］。

（2）數據分析能力。在數字化企業的運營過程中會實時產生和積累大量的產品生命周期數據、業務流程的過程和結果數據以及企業所需的行業和整個經濟社會的數據等［10］。因此，以數據分析為基礎的定量化、精細化管理研究逐漸成為管理科學與工程學科未來發展的現實選擇［11］。要幫助學生在深入了解數據挖掘、機器學習、大數據分析、人工智能和運籌學等理論前沿的基礎上，結合業務場景和管理需求，運用現代計算機技術和數據科學的理論、方法、工具，開展數據采集、處理、建模、求解及應用開發的實踐，提取管理問題中的數量關聯、空間結構與動態變化，發現特定變量關系模式，提升學生的邏輯分析能力和數據敏感度，培養學生解決管理領域決策、預測和優化問題的能力。

（3）智能決策能力。在數字技術時代，企業的決策從以經驗為主的人工決策和以模型為主的模型決策，向以大數據驅動的智能決策快速轉變，智能決策成為工業互聯網的核心［12］。數智化驅動的管理科學與工程人才實踐能力培養應以提升學生的商業嗅覺為目標，以新興的商業運作模式為應用實踐領域，使學生掌握基礎的商業知識、宏觀的商業模式、深層的商業洞察，具備運用管理學、現代計算機技術和數據科學的理論、方法、工具進行商務規劃、設計和分析，解決商務智能系統中復雜的管理流程、系統架構、資源配置與優化問題，以支持和改進商業活動的管理決策的能力［13］。

2 實驗教學數智化轉型探索

2.1 構建“雙軸聯動”實驗教學體系

管理學科國家級實驗教學示范中心（山東大學）遵循教育教學規律和人才成長規律，構建了“能力進階提升軸”和“教學模塊串聯軸”兩條軸線，該體系以“實驗數據資源庫”為抓手，將實驗課程按知識屬性和專業領域打包形成4 大課程模塊，通過建設“模塊內部數據應用中心”和“模塊之間數據處理中心”，統一實驗數據設計和應用規范，保證實驗數據在不同課程之間的共用共享，實現基于數據驅動的課程模塊橫向和縱向串聯，推進覆蓋“管理通識教育—管理專業教育—管理綜合教育—實習就業創業”人才培養全過程的實驗教學改革；以“模塊—課程—能力—資源”矩陣為紐帶，明晰了管理學科358 個實驗項目的模塊—課程之間的組成關系、課程—能力之間的對應關系、能力—資源之間的支撐關系，實現了“能力目標引導教學內容—教學內容支撐能力達標—高階內容反向優化能力目標-能力目標再引導教學內容”的良性循環；以“模型定義、數字仿真”為杠桿，撬動數字化、智能化背景下的實驗教學轉型升級，建設基于數字孿生虛實互動的實驗環境，設計數字實習、數字管理體驗館、智能生產質量管理等特色項目群，通過大數據手段實現學情分析、能力畫像等教學管理和成效反饋，突破實驗教學的時間和空間束縛，見圖1。

圖1 “雙軸聯動”實驗教學體系

該體系保持了知識結構的系統性、延續性，實現了實驗教學由“驗證式、觀摩式”向“沉浸式、互動式”的轉變，形成了軟件硬件迭代完善、虛擬現實融合發展、產學研用協同育人的實驗教學生態，取得了顯著的育人成效。

2.2 開發“模塊—課程—能力—資源”實驗課程矩陣

在智能技術和人才需求的指引下，升級改造原有基礎課程，設計系統工程、數據科學、商務智能等課程模塊，開發“模塊—課程—能力—資源”實驗課程矩陣，深化技術向知識的滲透，強化知識向能力的轉化［14］。其中系統工程模塊面向數字孿生、信息物理系統等新的應用場景，突出方法論的指導和引領作用，加強系統動力學、系統工程、系統建模與仿真、系統思維與系統決策的教學，培養學生從系統思維視角制定決策，對動態多變的復雜巨系統進行頂層設計的能力。數據科學模塊注重數據挖掘、數據分析與數據庫系統等核心基礎技術與理論的教學，加強Python、R等先進編程語言的教學，夯實對Oracle、SQL Server、MySQL等相關數據庫的學習與操作，開拓Hadoop、Spark 等大數據處理平臺的知識面，培養學生運用相關工具對商務大數據進行獲取和清洗、建模和分析、可視化展示的能力［15］。商務智能模塊圍繞人工智能、自然語言處理、商業建模與決策、決策與商務智能系統等領域開設課程，引導學生樹立以數據驅動為基礎的商業決策管理和風險控制理念，運用先進的管理思想、系統方法、數量模型和信息技術分析企業活動和社會經濟活動，見圖2。

圖2 “模塊—課程—能力—資源”實驗課程矩陣

在教學過程中采取集中備課模式，確保不同課程之間數據貫通和資源共享，幫助學生構建相互銜接、前后遞進的知識架構。以智能工程與管理創新實驗班為試點，以數字化企業為對象，以面向企業全域的系統模型為基礎，以產品或服務全生命周期數據為內容，以系統建模分析和數據優化應用為內核，融合管理科學、工程管理、信息管理與信息系統等學科專業技術，以及先進制造技術、大數據技術、物聯網技術和人工智能等專業領域技術，圍繞企業如何實現數字化和智能化這一目標，進行科學規劃、設計、實施，優化或新增了“人工智能原理與應用”“數字化企業工程”“數據挖掘”“機器學習”“系統建模語言”“大數據管理與分析綜合實驗”“系統建模與仿真”等課程。

2.3 建設“模型定義、數字仿真”實驗教學環境

針對傳統實驗教學受時間和空間限制的問題，綜合運用大數據、云計算、人工智能、數字孿生、虛擬仿真等新興技術，搭建虛擬現實融合發展的實驗教學物理空間和虛擬空間。在教學條件方面，對實驗教學軟硬件進行智能化提升，新建數字孿生實驗平臺、智能生產質量管理實驗室、智能綜合實驗室、數字管理體驗館等，將最先進的管理場景、生產元素搬進實驗室，建設物理實驗空間。在教學資源方面，構建國家級—省級—校級全覆蓋的虛擬仿真實驗教學一流課程體系，打造數字實習、智能會計、商業數據分析、智慧供應鏈等特色項目群，建設虛擬實驗空間。在教學模式方面，走“從實踐中來，到實踐中去”的道路，將嚴謹的學術理論和現實的商業實踐相結合，打造“項目牽引式”實驗教學模式。聯合任課教師和企業導師，以解決企業真實的研發、生產、經營、管理問題為目標，開發綜合性創新實踐項目，將教學內容寓于實踐項目的不同階段；學生通過組建項目團隊扮演多種不同的角色，進行自主、合作和探究地實踐操作；從過程性評價、增量性評價、結果性評價等角度完成對學生實踐的多維評價［16］，將評價數據匯入學生學習檔案，用以進行學情分析、生成學生能力畫像，并據此持續優化實驗教學設計，形成實驗教學各環節的閉環管理和動態平衡，見圖3。

圖3 “模型定義、數字仿真”實驗教學環境

3 實驗教學數智化轉型成效

管理學科國家級實驗教學示范中心（山東大學）的實驗教學數智化轉型探索有效解決了管理學科實驗教學面臨的難題，形成了軟件硬件協同完善、線上線下融合發展、校內校外合作共贏的實驗教學生態，大大增強了學生實踐能力，提升了學生的綜合素質。近5 年，實驗教學在創新型人才培養、教學綜合改革、示范輻射影響等方面取得了豐碩的成果。

3.1 創新型人才培養成效顯著

示范中心年均培養學生2 700 余名，年均人時數95 800。示范中心目前開設的實驗項目近400 項，其中基礎實驗占12.06%，專業實驗占32.42%，綜合性實驗占38.69%，創新創業實驗占16.83%。學生基于實驗數據發表科研論文175 余篇；參加國際學術會議并做口頭報告30 余人次；累計參與33 項國家級課題。學院70%以上學生參與過“挑戰杯”全國大學生系列科技學術競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、中國大學生工程實踐與創新能力大賽等各類比賽，累計獲獎213 項；累計獲得專利10 余項。根據對用人單位的問卷調查，畢業生的實踐能力和社會需求的匹配性逐漸提高，用人單位滿意度和畢業生月收入逐年增加。

3.2 教學綜合改革成果豐碩

示范中心抓住新文科建設的契機，積極推動實驗課程體系、實驗教學模式、實驗教學平臺的內涵式建設。打造的實驗教學體系和模式獲得國家級教學成果獎二等獎1 項，省級教學成果獎一等獎2 項、二等獎2項，獲評國家級一流課程9 門、省級一流課程3 門，立項教育部首批新文科研究與改革實踐項目、山東省本科教學改革研究項目、教育部產學合作協同育人項目等共86 項，開發了“人工智能原理與應用”“大數據管理與分析綜合實驗”“ERP供應鏈管理綜合實驗”等實驗課程21 門，自制儀器設備7 臺（套）。

3.3 示范輻射影響廣泛

作為高等學校國家級實驗教學示范中心聯席會經濟與管理學科組組長單位，聯合國內多所高校，建成首個經管學科實驗教學案例庫，面向國內高校免費開放共享。主辦、承辦了國家級實驗教學示范中心聯席會經管學科組主任聯席會議、新文科背景下創新創業教育研討會等全國性會議，以及“學創杯”全國大學生創業綜合模擬大賽、中國大學生工程實踐與創新能力大賽的省賽和全國總決賽等。實驗教學團隊成員受邀在“國家級實驗教學示范中心建設暨改革創新研討會”“全國高校經管類專業實驗室建設暨經濟管理實驗教學示范中心建設研討會議”等全國性實驗教學重要會議作主題發言30 余次。在西安交通大學、上海交通大學、武漢大學、南開大學、暨南大學、西北大學等數十所高校進行了實驗教學主題報告，有效推廣了管理學科實驗教學的山大模式。

4 結 語

實驗教學作為連接理論與現實的橋梁，在管理科學與工程人才培養中起著舉足輕重的作用。要緊緊圍繞科技革命和產業變革、就業市場需求升級和教育數字化轉型帶來的新形勢，牢牢把握數智化時代對學生復雜系統思維、數據分析能力、智能決策能力等提出的新要求，通過完善實驗教學體系，強化人才培養的頂層設計，通過重構實驗課程結構，夯實人才培養的核心要素，通過升級實驗教學技術，實現教學質量革命的關鍵突破，推動管理科學與工程實驗教學與數字經濟的深度融合，培養順應國民經濟發展和人才市場需求的數智化管理科學與工程人才。